铁路信号BIM综合应用探索与研究

杨 科

(通号（长沙）轨道交通控制技术有限公司,长沙 410014)

1 概述

信号系统首先在地铁信号设计、施工阶段引入BIM 技术。近几年来，高铁信号系统施工阶段室内设备布置、布放线等方面引入BIM 技术进行总体规划，在工程设计、施工指导、建管维护等方面起到很好应用效果。随着绿色、智能理念引入新时代高铁建设中，对新时代高铁工程技术人员在BIM 综合应用、施工新技术、智能化、建维一体化等方面提出了新要求和新的研究方向。

2 研究目标和方法

充分考虑新时代高速铁路建设需求，结合京沪、宝兰、京沈、深茂、沪昆、杭黄等高铁、客专建设优秀成果，通过系统规划，开展“高速铁路信号工程施工BIM 综合应用软件”开发与应用。引入人工智能先进技术，逐步实现信号工程设计、智能化工厂加工、智能化施工安装、智能化维护的大数据综合应用。

依据《高速铁路信号工程施工技术规程》、《高速铁路信号工程细部设计工艺质量标准》、《高速铁路信号工程施工质量验收标准》等现行行业标准，以BIM 技术、计算机技术、数据库技术、人工智能技术，CAD 应用为技术支撑，从信号图CAD 设计模块入手，研究识别CAD 图软件和建立信号工程BIM 模型数据库，通过对导入细部设计后CAD 图，自动生成BIM 模型、材料数量表、设备需求表、列控基础数据表及信号各类安装位置表。信号专业各系统根据BIM 模型和相关技术标准进行工厂化生产，实现信号专业室内工程100%工厂化预配，减少现场施工安装时间和人员需求。

3 探索研究内容及方向

3.1 信号设计CAD建模

应用CAD 模块化技术，依据《高速铁路信号设计规范》，建立桥梁、隧道、钢轨线路、信号机、道岔、轨道区段、应答器、钢轨绝缘节、电气绝缘节、异物监测等高速铁路信号工程相关建筑物、结构物模型，模型比例1：1，并规范模型中线类型、字体型号、符号标识，形成模型库。

3.2 信号室内设备布置深化设计

在现行信号与房屋接口标准基础上，根据各线建设标准，充分考虑工程成本、运维要求，对房建专业就管道预埋、进出楼通道等方面提出接口需求，就空调、照明、插座、防雷等方面提出具体需求，实现同等规模的站场室内设计布局一致。

3.3 信号室外设备接口深化设计

在现行信号专业与路基、轨道、桥梁、隧道、站场专业接口标准设计基础上，根据信号设备安装标准、位置，在电缆槽线路侧预留出线口、站场综合槽道、水泥枕木上预留信号钢轨连接线固定螺栓连接孔等方面进行专业间深化设计。

3.4 “高速铁路信号工程施工BIM综合应用软件”探索与研发

3.4.1 功能目标

1）通过导入CAD 图，结合BIM 信号模型数据，实现信号室内外BIM 模型的自动生成。

2）根据生成的BIM 模型和导入的CAD 图，具备导出《列控基础数据表》（定测版）、《室外信号设备安装位置表》、《室外箱盒数量表》、《室外材料表》、《室内设备数量表》、《室内材料需求表》及《辅助材料需求表》功能。

3.4.2 功能分解及说明

3.4.2.1 室内部分

1）根据细部设计后的《室内设备布置图》生成室内机柜及房屋整体BIM 模型

说明：会同建设单位、设备接管单位、监理单位对室内各设备布放位置及房屋间通道方式、电缆引入方式、预埋箱体管道位置、空调安装位置、外电网引入方式、防火封堵方式等进行科学化细部设计。

2）在功能1）基础上，识别CAD 图纸

识别细部设计后防雷配电箱至电源屏至各设备电源线型号、长度、外皮颜色、走向位置，自动生成《XX 站室内电源线需求表》；识别移频柜（ZY、QYP）、区间综合柜（QZH）配线图至各组合柜中“※”，自动生成《XX 站室内屏蔽线需求表》；识别接口柜（JK）、分线柜（F）、移频柜（ZY、QYP）、微机监测柜（JC）、CTC、TCC 至各组合柜同层线缆数量、长度；型号RVZR23×0.15 阻燃塑料软线；自动生成《XX 站室内通用线缆需求表》，系统根据《XX 站室内通用线缆需求表》生成《XX 站室内配线电缆需求表》。

说明：a.根据《室内电源环线接线图》，进行室内系统电源系统细化设计，包括：外电网监测箱、防雷配电箱位置，线缆走向、型号等；

b.电缆外皮颜色为橘色；

c.“※”为SBVVPZR23×0.15×2 双芯阻燃屏蔽线，两个连续“※”为同一根屏蔽线；综合柜端子号单数为发送，偶数为接受，屏蔽线外皮发送黑色、接收白色；

d.各组合柜间同一位置线缆采用一根配线电缆，如：RVZR23×0.15×6（8、10、12… …）阻燃塑料软线；组合柜至分线柜之间配线电缆芯线采用红色；组合柜至接口柜间配线电缆芯线：列控采用黄色、联锁采用灰色；集中监测采集配线电缆芯线采用紫色；组合柜至接口柜、机柜至接口柜线缆外护套采用灰色，电源线缆外护套采用橙色，其他架间线缆外套采用黑色。

3）在“功能2）基础上，室内BIM 设计

根据各线缆需求表，根据布线原则优化布线径路；确定系统机柜、走线架、固线器等规格、数量需求，生成《室内机柜及安装器材数量表》；具备线缆查询与演示功能。

说明：室内上走线BIM 策划布线原则:

组合柜电源线靠走线架前部最下层布设；

移频柜电源线靠走线架后部最下层布设；

信号集中监测的线缆在电源线另一侧，线缆较多时可依次布设在上方两侧；

架间线缆邻架放中间位置，然后由近至远依次往外排列，线缆较多时近端在下层，远端在上层；

轨道电路屏蔽线缆按照左侧发送、右侧接收布放；

其他配线依次向上布放；

道岔靠走线架前部、信号机靠走线架后部依次布放在上方；

室内下走线BIM 策划布线原则；

电源屏引出至机械室机柜线缆靠近机柜侧布放；

电源屏引出至联锁、列控、CTC、集中监测、缺口监测、ZPW-2000 轨道监测电源线靠另一侧布放；

联锁、列控驱采缆应独立设置走线架，并分两侧布放；

ZPW-2000 轨道电路维护及监测柜至移频柜线缆与信号集中监测至组合柜独立设置走线架。

4）室内器材统计功能

根据《移频柜设备布置图》识别、统计、生成《移频设备数量汇总表》；根据《区间组合柜设备布置图》、《区间组合内部配线图》、《站内组合排列表》、《电源环线图》、《组合内部配线图》识别、统计、生成《继电器、断路器、阻容盒、隔离变数量汇总表》。

说明：a.统计室内同频发送器、接收器，衰耗冗余控制器，模拟网络盘数量，室外同频调谐单元、匹配变压器、空心线圈、防雷单元等数量；如图中“4DG 2300-2”含2300 发送器2 台，接收器1 台，衰耗冗余控制器1 台，模拟网络盘2 台，2300 调谐单元2 台、匹配变压器2 台、空心线圈1 台、单防雷单元2 个、双防雷单元1 个。

b.《区间组合柜设备布置图》、《区间组合内部配线图》统计区间继电器、隔离变、断路器数量；《站内组合排列表》、《电源环线图》、《组合内部配线图》统计站内继电器、隔离变、断路器数量。

3.4.2.2 车站室外部分

1）根据《车站信号设备平面布置图》、《车站双线轨道及电缆径路图》识别、统计、生成《室外设备数量汇总表》。

2）根据《车站双线轨道及电缆径路图》识别、统计电缆型号、长度、数量，生成《电缆信息表》，结合站场平面图进行电缆径路优化。

3）根据《车站双线轨道及电缆径路图》中站内ZPW-2000 型轨道电路及其补偿电容设置信息表，生成《轨道电路及补偿电容数量汇总表》。

4）根据《轨道电路及补偿电容数量汇总表》中轨道电路长度及电容个数，生成《补偿电容安装位置表》。

说明：a.统计各类型信号机、应答器、箱盒数量及所在地型；统计各类型转辙机、锁闭装置、二极管数量、点灯单元、轨道变压器数量。

b.电缆型号:

标“SL”符号为SPTYWL23 型铝护套数字信号电缆；

标“SA”符号为SPTYWA23 型综合护套数字信号电缆；

标“SPL”符号为SPTYWPL23 型内屏蔽铝护套数字信号电缆；

标“SPA”符号为SPTYWPA23 型内屏蔽综合护套数字信号电缆；

标“&”符号电缆采用LEU-BSL23 型铝护套点式应答器数据传输电缆；

标“L”符号为PTYLH23 型综合铝护套防寒型信号电缆；

未标符号的支线电缆为PTYAH23 型综合护套防寒型信号电缆。

3.4.2.3 区间室外部分

1）导入《区间信号平面布置图》识别、统计、生成《区间设备汇总表》。

2）导入《区间干线电缆径路图》识别、统计、生成《区间干线电缆统计表》。

3）导入《区间信号平面布置图》识别、统计、生成《区间设备位置信息表》。

4）导入《区间设备位置信息表》及各设备间距要求，优化区间设备布置点。

说明：a.统计通过信号机、应答器、空扼流类型数量；

b.统计信号机、应答器、分割点、横向连接线、发送点、接收点设计里程；统计轨道区段长度、补充电容数量、补偿电容步长，计算电容安装位置里程；统计各设备所在地型；

c.空扼流距电气绝缘节空心线圈不小于100 m、距补偿电容不小于20 m。

3.5 室内全工厂化预配探索

3.5.1 电源系统

现行电源系统供货商仅提供电源系统内部配线及现场配合安装调试延伸，结合本文3.4.2.1 所述，将电源系统至电源需求终端线缆由电源系统供货商统一预配、集成。

3.5.2 组合柜

现行组合柜在工厂完成柜体加工、组合安装、组合内部布线及焊线，结合BIM 布线模型，可将柜组合架本架配线、组合架零层、组合架间电源环线、同一供商架间配线、本架断路器报警环线等统一预配、集成。

3.5.3 分线柜、CTC、TCC、移频、监测等系统机柜

目前各系统机柜仅完成本系统机柜内配线，各系统接口线缆由施工单位按照系统供应商技术标准分散采购、现场布放，各系统接口线缆可由系统供应商集成。

3.6 室外工厂化预配探索

1）在工厂完成信号机、道岔、轨道电路预配，实现相关安装配件工厂集成供应。

2）促进专业接口工厂集成或专业互留，如信号专业钢轨引线固定在枕木上，由枕木供应端按照技术标准在工厂完成预留，站前预制电缆槽或现浇电缆槽预留穿线孔洞，站场综合槽统一实施等。

3.7 信号工程施工安装调试智能化及建维一体化探索

利用现阶段人工智能技术，结合信号工程特点，探索智能机器人在室内布线、焊线、导通等方面的应用。

在室外施工过程，探索自动测距及打孔、缆线敷设自动化等智能应用。

4 优劣论述及发展前景

4.1 优势分析

1）各系统分散预配，相对于目前由施工方现场集中采购、现场施工，将极大缩短现场安装、调试时间，有利于建设方、施工承包方工期控制。

2）由各系统分散集成，有利于技术标准、系统性能、过程质量控制。

3）促进系统集成度，推进行业技术标准、工艺标准统一。

4）减少施工现场经验丰富人员需求，促进信号施工企业、系统供应商转型发展。

5）促进新兴行业形成。

4.2 劣势分析

1）效益分配比例变化，施工企业只挣取项目集成前期策划及管理部分利润。

2）现阶段没有相关合规性支撑文件。

5 结束语

国内高速铁路建设经过十年的高速发展期，是各项技术标准、技术规程、工艺标准、管理制度从无到有的发展过程，是标准不断完善适应新时代高速铁路建设需求的过程。建设交通强国，为高速铁路信号技术发展与研究指明了方向。